综合物探方法在地质灾害勘查的应用

摘要：岩溶塌陷引发的地质灾害对人民生命财产造成的影响巨大。目前，探测塌陷区的物探方法种类繁多，通过综合运用物探方法，取其优点。通过对杉树坡中心地面塌陷为研究对象，运用高密度电法、瞬间电磁法和地质雷达相结合的物探方法探测重点塌陷区域，查明塌陷区及覆盖层厚度、地质构造和地层岩性变化，为后期地面塌陷灾害治理提供了科学依据。通过三种物探方法相结合的应用，物探勘查效果显著。证明这三种方法相结合是碳酸盐岩地区岩溶塌陷地质灾害勘查中非常有效的综合物探方法。

关键词：高密度电法；岩溶塌陷；综合物探；碳酸盐岩；地质灾害

1.前言

岩溶塌陷（KARSTCOLLAPSE）是岩溶洞穴、上覆沉积物及地下水，构成固体、液体及气体三相力学平衡体系，地下水位变动达到一定幅度，平衡破坏，上覆松散沉积物突然塌落，形成上大下小的圆锥形塌陷坑。岩溶塌陷可分为两种，一种是“土层塌陷”；另一种是“基岩塌陷”，在碳酸盐岩分布区上有松散土层覆盖，塌陷主要发生在土层中，称为“土层塌陷”，发育数量多、分布广；若洞隙顶板的各类岩石较破碎时，导致顶板陷落的塌陷称为“基岩塌陷”。针对地面塌陷勘查的地球物理探测技术方法较多，目前，地表塌陷区勘查主要以物探为主，结合钻探验证的方法。充分利用物探方法的优点，选择合适的物探勘查方法，本文通过选用高密度电法、瞬变电磁法、地质雷达法三种物探方法结合进行。

2.物探方法的选择

岩溶塌陷地质灾害的发生是由于可溶岩的存在，特别是在西南山区碳酸盐岩的大面积分布，岩溶塌陷地质灾害给人民生命财产造成了极大损失。详见表1。初步查明塌陷点的成因以及附近区域浅部可能存在的岩溶、裂隙、岩石破碎分布情况。隐伏土洞发生和发展是导致岩溶地区地表塌陷的直接原因，危害极大。在碳酸岩盐岩地区岩溶塌陷地质灾害勘查中最重要的物探方法为瞬变电磁法、地质雷达等方法，对勘查隐伏土洞效果显著且测线受地形地物限制较小。

3.工程实例

若汛期持续，各地地质灾害频发，在杉树坡村共出现三处塌陷，给当地村民带来严重的安全隐患。为查明塌陷成因，为下步灾害治理提供依据，为此承担杉树坡村岩溶塌陷物探勘查工作，在杉树坡村指定范围内开展物探测量工作，并根据实测成果编制提交物探勘查报告。3.1勘查方法技术概述。在岩溶发育地区物探勘查方法的选择对目标体的探测尤为重要，方法的有效性和针对性直接关系探测精度，是否高质量高标准完成目的任务，取决于方法选用以及解释结果。本次物探工作共完成实测高密度电法剖面1条，点距2m~3m。实测瞬变电磁法剖面1条，点距2m~4m。实测地质雷达剖面1条，点距0.5m。3.1.1高密度电法工作方法及效果评价。高密度电阻率法是一次性布极，多道高密度采样的地面电阻率法的一个变种，其实质是具有测深与剖面测量性质的电阻率法，与传统电阻率方法原理完全相同,即以地下介质的电性差异为物质前提,通过分析研究人工场源的分布及变化规律寻找目标异常体。特点是：信息量大、分辨率高，全自动、快速采样、效率高、解释方便和精度高等优点。通过高密度电法测量,对测量数据处理，结合地质资料综合分析，推测出滑坡堆积体的分布及厚度。本工作区最终主要采用温纳排列高密度电阻率法装置进行测量。温纳排列工作方式为见图1：从图2分析：电阻率反应明显，物性层位清晰，电性层为高阻—低阻—高阻三个层位，根据收集资料及实际情况分析：物探推断分别为素填土（砂土、碎石等松散堆积体）—红黏土层—基岩层（石灰岩）三层。具体分析如下：剖面0m~297m，埋深0m~16m为一横向间断高阻反映，电阻率在300Ω•m~3000Ω•m，推测为砂土、碎石等松散堆积体。在整条剖面，埋深2m至25m为一似层状低阻异常，电阻率在2Ω•m~70Ω•m，推测为红黏土层。在整条剖面的中深部，电阻率整体为高阻特征，电阻率在300Ω•m~3000Ω•m，推测为完整的石灰岩层。本次高密度电法物性层位清晰，素填土层、红黏土层以及关岭组（T2g）石灰岩层均反应明显，未发现较大的裂隙、岩溶等含水低阻异常体。3.1.2瞬变电磁法工作方法及效果评价。瞬变电磁法是利用不接地回线或电极向地下发送脉冲式一次电磁场，用线圈或接地电极观测由该脉冲电磁场感应的地下涡流产生的二次电磁场的空间和时间分布，来解决有关地质问题的时间域电磁法。该方法受地形影响相对较小,观测的是纯二次场,勘探深度相对较深等优势。根据地球物理条件、勘探目的与任务，经周边地区经验及以往物探方法选择应用综合考虑，本次物探勘查选用重叠回线装置。图3为本次测量装置原理示意图。全区共发现较明显物探低阻异常区4个，分别推测为裂隙发育导含水或砂泥岩充填引起，本次瞬变电磁法异常主要集中在素填土层，因此未推测异常带。整条剖面共发现4处较明显异常区（S2-1、S2-2、S2-3、S2-4）（见图4杉树坡村岩溶塌陷物探工作S02线剖面成果图）。具体解释如下：3.1.3地质雷达工作方法及效果评价。地质雷达利用超高频电磁波探测地下介质分布，它的基本原理（如下图）是：发射机通过发射天线发射中心频率为12.5M至1200M、脉冲宽度为0.1ns的脉冲电磁波讯号。当这一讯号在岩层中遇到探测目标时，产生一个反射讯号。直达讯号和反射讯号通过接收天线输入到接收机，放大后由示波器显示出来。根据示波器有无反射汛号，可以判断有无被测目标；根据反射讯号到达滞后时间及目标物体平均反射波速,大致计算出探测目标的距离。如图4所示。本次地质雷达测线异常主要以线/剖面异常为主，地质雷达探测发现剖面异常4处，异常反映深度3m~30m内部分岩体较破碎，裂隙发育，部分强反射段存在岩溶发育。解释结果如表3。

4.结语

通过本次物探工作，工作区内有低电阻率异常区，视电阻率小于200Ω•m，工作区大部分位于岩溶发育区之上。通过本次物探工作研究得出如下结论:（1）本次杉树坡村岩溶塌陷物探研究工作，应用高密度电法、瞬变电磁法、地质雷达进行综合物探勘查，方法可行，对异常的反应明显、有效，几种方法互相验证，为下一步防治工程提供可靠依据。（2）本次工作完成高密度电法、瞬变电磁法、地质雷达成果剖面图3幅；由剖面成果图看，异常较明显，物性层位清晰，素填土层、红黏土层以及关岭组（T2g）石灰岩层三层均反应明显。

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作者:赵庆钢 马晨 曾国龙 单位:贵州省地矿局113地质大队